Creación de microchip de silicio

daniel mancia

28 Feb 201407:52

Summary

TLDREste vídeo nos lleva a una fábrica en Sherman, Texas, donde se producen láminas de silicio para microchips. Se explica el proceso de creación de un cristal de silicio monocristalino y su corte en láminas delgadas. La limpieza y pulido siguen, asegurando una rugosidad menor a 0.1 nanómetro. Luego, se detalla la fabricación de chips con millones de transistores, la importancia de la limpieza en una sala de clases 1 y el proceso de fotolitografía para construir el diseño del circuito. Finalmente, se destaca la transformación de arena en chips altamente tecnológicos.

Takeaways

🏭 La producción de láminas de silicio se realiza en una fábrica futurista en Sherman, a 30 km al norte de Dallas.
🔬 El silicio es un semiconductor, lo que significa que puede conducir o bloquear la corriente eléctrica según cómo sea tratado.
🌡 El proceso de producción comienza con el calentamiento del silicio policristalino a 1420 grados Celsius en un horno sellado con gas argón.
🌀 Se utiliza un cristal de silicio como semilla para crear un único cristal de silicio monocristalino.
💠 El cristal de silicio resultante pesa aproximadamente 200 kg y tiene un diámetro de 200 mm.
✂️ El silicio se corta en láminas delgadas de solo dos tercios de milímetro de espesor.
🔬 Se realizan pruebas de pureza y orientación molecular mediante productos químicos y rayos X antes de cortar el silicio.
🛠 Se utiliza una cortadora de lonchas de silicio para producir láminas delgadas y luego se pulen mediante procesos de labrado y químicos.
🔍 Las láminas finales tienen una rugosidad superficial inferior a 0.1 nanómetros y están listas para el diseño del circuito.
🏗️ El diseño del circuito implica colocar millones de transistores en las láminas de silicio, un proceso que se ha vuelto más complejo a medida que los transistores se han vuelto más pequeños.
👨‍🔬 Los trabajadores deben usar trajes de protección para evitar la contaminación en la sala de producción, que es más limpia que un quirófano.

Q & A

¿Dónde se encuentra la fábrica MEMC mencionada en el guion?
-La fábrica MEMC se encuentra en Sherman, a 30 km al norte de Dallas.
¿Qué es un semiconductor y cómo se relaciona con el silicio?
-Un semiconductor es un material que puede conducir o bloquear la corriente eléctrica dependiendo de cómo sea tratado. El silicio es un semiconductor perfecto para soportar los millones de diminutos transistores necesarios en un microprocesador moderno.
¿Cuál es el proceso para crear una estructura monocristalina de silicio?
-El proceso comienza con silicio policristalino, que se calienta a 1420 grados Celsius en un horno sellado y purgado con argón. Luego, se gira un crisol con silicio fundido y se introduce un cristal de silicio como semilla, que gira en la dirección contraria, permitiendo que el silicio se solidifique alrededor de él formando un solo cristal de silicio.
¿Cuál es la importancia de que la base de silicio sea perfecta para los transistores?
-Como los transistores son muy pequeños, cualquier imperfección en la base de silicio podría afectar su funcionamiento. Por lo tanto, la base debe ser perfecta para asegurar que cada transistor funcione correctamente.
¿Cómo se corta el cristal de silicio sin que se rompa?
-El cristal de silicio se corta en una cortadora de lonchas de silicio, que utiliza una red de cables muebles para producir obleas de silicio con un espesor de solo dos tercios de milímetro.
¿Qué es el proceso de pulido y por qué es necesario?
-El pulido es un proceso que se utiliza para eliminar las marcas microscópicas que quedan en la superficie del silicio tras ser cortado. Se hace mediante un proceso llamado labrado y, a veces, también se utiliza un proceso químico para alcanzar una rugosidad inferior a 0.1 nanómetros.
¿Cuál es la relación entre el número de transistores en un diseño y la Ley de Moore?
-La Ley de Moore predice que el número de transistores en un chip se duplica cada dos años. Esto se refleja en el script mencionando que mientras en 1958 Jack Kilby logró poner un solo transistor, hoy en día los diseños tienen casi 1 millón de transistores y hay chips con más de 250 millones de transistores.
¿Por qué es necesario que los trabajadores se visten con un disfraz de conejo antes de trabajar en la fábrica de chips?
-Los trabajadores se visten con un disfraz de conejo, que es una forma de traje de protección, para evitar que el polvo producido por el movimiento humano contamine el proceso de fabricación de los chips, ya que incluso una pequeña partícula de polvo puede causar problemas significativos en el funcionamiento de un chip.
¿Qué es la fotolitografía y cómo se utiliza en la fabricación de chips?
-La fotolitografía es un proceso que se utiliza para imprimir diseños miniaturizados en las láminas de silicio. Se cubre la lámina con productos químicos fotosensibles, se expone a la luz ultravioleta a través de una imagen del diseño y una lente, y luego se retira el producto químico para dejar el diseño en la lámina.
¿Cuál es la importancia de la limpieza en una habitación limpia de clase 1?
-Una habitación limpia de clase 1 es crucial para la fabricación de chips, ya que el aire es 1000 veces más limpio que el de un quirófano, con menos de 3500 partículas por metro cúbico. Esto es necesario para evitar que las partículas de polvo, que incluso pueden ser producidas al caminar, causen fallos en los chips.

Outlines

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🔬 Producción de láminas de silicio

El primer párrafo explica el proceso de producción de láminas de silicio en la fábrica MEMC en Sherman, Texas. Se describe cómo se obtiene el silicio monocristalino a partir de silicio policristalino o polisilicio, calentado a 1420 grados Celsius en un horno sellado con gas argón para purificar. Se menciona la importancia de la perfección en la base de silicio para los microchips modernos, ya que cada transistor es minúsculo. Se detalla el proceso de crecimiento del cristal de silicio, que se inicia con una 'semilla' de cristal y se enlaza a un cristal de silicio que se solidifica a una velocidad de 1 mm/minuto, resultando en un cristal pesando aproximadamente 200 kg y de 200 mm de diámetro. Posteriormente, se describe cómo se cortan estas láminas en lonchas delgadas y delgadas mediante una sierra de cable de 10 toneladas, y cómo se purifican y pulen mediante procesos químicos y de labrado para alcanzar una rugosidad inferior a 0,1 nanómetro.

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🏭 Fabricación de microchips

El segundo párrafo se centra en el proceso de fabricación de microchips, que se lleva a cabo en una sala de limpieza de clase 1 con aire acondicionado que mantiene la atmósfera 1000 veces más limpia que la de un quirófano, con menos de 3500 partículas por metro cúbico. Se destaca la importancia de la limpieza para evitar la contaminación que podría dañarla. Se explica el proceso de fotolitografía, que implica la exposición de láminas de silicio a productos químicos fotosensibles y la iluminación a través de una lente para miniaturizar el diseño y transferirlo a la lámina. Se menciona que este proceso se repite hasta 40 veces para construir capas en capas de componentes, cada uno sometido a diferentes tratamientos como el calentamiento, la exposición a plasma ionizado o el baño en metales, que alteran sus propiedades específicas. Finalmente, se menciona que las láminas terminadas pueden contener hasta 1000 microchips diferentes y más de 4 billones de componentes de circuito, y cómo el silicio, que antes era inútil, ahora puede ser altamente valioso y capaz de realizar complejas funciones como calcular el número pi.

Mindmap

Keywords

💡Silicio

El silicio es un elemento químico metálico y semiconductor que es fundamental en la fabricación de microchips. En el vídeo, se menciona que el silicio se calienta a 1420 grados Celsius para producir un crisol de silicio fundido, que luego se usa para crear láminas de silicio monocristalinas, esenciales para la construcción de microprocesadores modernos.

💡Semiconductor

Un semiconductor es un material que puede controlar la conducción de la electricidad. En el vídeo, se destaca que el silicio, al ser un semiconductor, es capaz de conducir o bloquear la corriente eléctrica, lo que lo hace perfecto para soportar los millones de transistores en un microprocesador.

💡Transistores

Los transistores son dispositivos electrónicos que permiten la amplificación y el control de la corriente eléctrica. En el vídeo, se menciona que los microchips modernos requieren millones de transistores diminutos para su funcionamiento, y cómo la miniatura de estos ha evolucionado desde un solo transistor en 1958 hasta casi 1 millón en la actualidad.

💡Ley de Moore

La Ley de Moore predice que el número de transistores en un chip se duplica aproximadamente cada dos años. En el vídeo, se hace referencia a esta ley para ilustrar la rápida evolución de la densidad de transistores en los microchips.

💡Fotolitografía

La fotolitografía es un proceso utilizado en la fabricación de microchips para transferir patrones en una lámina de silicio. En el vídeo, se describe cómo se usa para miniaturizar y grabar diseños complejos en las láminas de silicio, lo que permite la creación de componentes electrónicos a escala microscópica.

💡Láminas de silicio

Las láminas de silicio son las bases sobre las que se construyen los microchips. En el vídeo, se describe cómo se producen estas láminas a partir del silicio policristalino, y cómo se transforman en soportes perfectos para los transistores mediante procesos de calentamiento y enfriamiento controlados.

💡Cristal de silicio

Un cristal de silicio es una forma pura y estructurada del silicio, utilizada como 'semilla' en el proceso de creación de láminas monocristalinas. En el vídeo, se menciona cómo se gira este cristal en el crisol de silicio fundido para producir láminas de silicio monocristalinas.

💡Labrado

El labrado es un proceso de pulido utilizado para mejorar la textura y la pureza de las superficies de las láminas de silicio. En el vídeo, se describe cómo, después de ser cortadas, las láminas de silicio son labradadas para eliminar marcas microscópicas y alcanzar una pureza del 99,999999%.

💡Cortadora de lonchas de silicio

Una cortadora de lonchas de silicio es una máquina utilizada para cortar láminas delgadas de silicio. En el vídeo, se menciona cómo se usa una sierra de cable de 10 toneladas para producir obleas de silicio con un espesor de solo dos tercios de milímetro.

💡Salón limpio

Un salón limpio es un ambiente controlado para la fabricación de componentes electrónicos, donde se minimiza la presencia de partículas de polvo. En el vídeo, se describe cómo se mantiene el aire en la habitación limpia 100 veces más limpio que el de un quirófano, para evitar la contaminación que podría dañaar los chips.

💡Rugosidad

La rugosidad es una medida de la irregularidad de una superficie. En el vídeo, se menciona cómo las láminas de silicio deben tener una rugosidad inferior a 0.1 nanómetros para ser utilizables en la fabricación de microchips, lo que indica una superficie extremadamente lisa.

Highlights

Las instalaciones de la fábrica de MEMC producen las láminas de silicio, base de los microchips modernos.

El silicio es un semiconductor, lo que significa que puede conducir o bloquear la corriente eléctrica dependiendo de cómo sea tratado.

Los transistores en un microprocesador moderno son tan pequeños que la base de silicio debe ser completamente perfecta.

El proceso de producción del silicio monocristalino, que comenzó con el calentamiento del silicio policristalino a 1420 grados Celsius.

Se utiliza un cristal de silicio como semilla para crear un cristal monocristalino de hasta 200 kg y 200 mm de diámetro.

El silicio se corta en obleas mediante una sierra de cable de 10 toneladas que produce obleas con solo 2/3 de milímetro de grosor.

Las obleas de silicio se pulen para alcanzar una superficie con una rugosidad inferior a 0,1 nanómetros.

Se colocan millones de transistores en las obleas de silicio mediante un proceso llamado fotolitografía.

El proceso de fabricación de microchips incluye hasta 100 pasos, realizados en una sala limpia con menos de 3500 partículas por metro cúbico de aire.

La luz ultravioleta se usa para endurecer productos químicos fotosensibles en las obleas, creando el diseño del microchip.

El proceso de fabricación se repite hasta 40 veces para completar todas las capas del microchip.

Las capas de los microchips se calientan, bañan en plasma ionizado y metales para cambiar sus propiedades.

Una sola lámina de silicio puede contener hasta 1000 microchips diferentes y más de 4 billones de componentes de circuito.

El valor del silicio procesado puede llegar a los $10,000 por gramo debido a la precisión y tecnología involucrada en su fabricación.

El proceso final transforma arena en complejos microchips capaces de realizar cálculos avanzados como los 1000 primeros decimales de Pi en un instante.